定义湍流参数
FLUENT中湍流参数的定义

FLUENT中湍流参数的定义在流体力学中,湍流是流体运动的一种状态,以其非线性、混沌、无规律等特点而闻名。
湍流在自然界和工程实践中普遍存在,如河流、大气流动和燃烧等过程都包含湍流现象。
湍流参数是用来描述湍流特性的一组物理量,可以帮助我们理解和预测湍流行为。
在FLUENT中,湍流参数包括湍流模型、湍流能量方程和湍流模型的特定参数。
湍流模型是湍流参数的核心部分,用来计算湍流流场中湍流分量的方程。
在FLUENT中,常用的湍流模型有:可压缩流的RANS(雷诺平均纳维-斯托克斯)模型、不可压缩流的LES(大涡模拟)模型和复杂流场的RSM (雷诺应力模型)等。
这些模型基于不同的假设和数学表达式,有不同的适用范围和精度。
用户可以根据流体流动的特点选择最适合的湍流模型。
湍流能量方程是湍流模型的重要组成部分,用来描述流体运动中湍流能量的传输和转换。
其方程形式包括湍流能量方程和湍流耗散率方程。
湍流能量方程考虑了湍流动能的输送、湍流耗散和湍流扩散等过程,可以通过求解这个方程来获得湍流解。
湍流耗散率方程则用来描述湍流能量的耗散速率,是湍流的产生和湍流尺度变化的基础。
湍流模型的特定参数是湍流参数的额外细节,用来调整湍流模型中的一些假设。
这些参数包括湍流粘度、湍流剪切应力和湍流耗散率等。
调整这些参数可以改变湍流模型的精度和适用范围,但需要经验和实验数据的支持。
在FLUENT中,用户可以根据需要自行设置这些参数,以获得更精确的湍流预测结果。
总之,湍流参数是FLUENT软件中用于描述湍流行为的一组物理量,包括湍流模型、湍流能量方程和湍流模型的特定参数。
通过使用这些参数,用户可以研究和模拟各种湍流流动现象,如流体流动、湍流传热和湍流搅拌等。
在工程实践中,准确预测和控制湍流行为对于提高流体系统的效率和性能至关重要。
FLUENT提供了一套完善的湍流模拟工具,帮助用户解决湍流相关问题。
流体的湍流现象及其描述

流体的湍流现象及其描述流体的湍流现象是指在高速流动的情况下,流体的运动呈现出无规律的、混乱的状态。
湍流是一种多尺度、多时间尺度下的非线性流动现象,广泛存在于自然界和工程领域。
在本文中,将对湍流现象进行详细描述,并介绍湍流的特征及其数学描述方法。
一、湍流现象的特点湍流的主要特点包括如下几个方面:1. 紊动性:湍流流动具有剧烈的紊动性,流体在湍流中发生不规则的、旋转的运动,形成各种大小的漩涡结构。
2. 不可预测性:湍流的运动具有高度的不可预测性,由于湍流中存在很多尺度的涡旋结构,使得湍流运动无法通过简单的数学模型进行准确预测。
3. 能量耗散:湍流运动伴随着能量的耗散,通过各种碰撞和摩擦过程,湍流将流体中的能量逐渐转化为内能和热能,使得流体的动能减小。
4. 广泛存在:湍流现象在自然界和工程领域广泛存在,如大气中的风云、河流中的漩涡、航空航天领域的气动力学等。
二、湍流的数学描述方法湍流的数学描述方法主要包括雷诺平均法和直接数值模拟法(DNS)。
1. 雷诺平均法:雷诺平均法是一种利用统计学方法对湍流进行描述的方法。
该方法将湍流的宏观变量进行平均处理,得到雷诺平均量,用于描述湍流的平均特性。
这种方法主要适用于流动中的大尺度湍流结构。
2. 直接数值模拟法:直接数值模拟法是一种通过数值计算来模拟湍流的方法。
该方法基于流体力学方程和湍流的统计特性,通过离散和求解这些方程得到湍流的详细信息。
这种方法适用于小尺度湍流结构的研究,但计算量较大。
三、湍流的描述方法湍流的描述方法有多种,常用的包括流向与流线、湍流能量谱、湍流的统计描述等。
1. 流向与流线:流向和流线是描述流体流动和湍流结构的基本方法。
通过流向和流线的分析,可以观察到湍流中的漩涡、湍流旋涡等结构,并推断湍流的特性。
2. 湍流能量谱:湍流能量谱是通过对湍流的能量分布进行频谱分析得到的湍流特征参数。
湍流能量谱可以用来描述湍流中不同尺度上能量的耗散情况,从而揭示湍流的能量转化过程。
不同类型的湍流参数

不同类型的湍流参数
(原创版)
目录
1.湍流的定义和分类
2.不同类型的湍流参数
3.湍流参数的测量和应用
正文
一、湍流的定义和分类
湍流是一种流体流动状态,其特点是流速和流向在时间和空间上随机变化。
根据湍流的特性和流动原因,湍流可以分为多种类型,如大气湍流、海洋湍流、河流湍流等。
不同类型的湍流具有不同的流动特点和参数。
二、不同类型的湍流参数
1.大气湍流参数
大气湍流是指在大气中发生的湍流现象。
大气湍流的主要参数包括风速、风向、湍流强度等。
其中,风速是指风的速度,风向是指风的吹向,湍流强度是指湍流对流体运动的影响程度。
2.海洋湍流参数
海洋湍流是指在海洋中发生的湍流现象。
海洋湍流的主要参数包括潮汐、潮流、波浪、海流等。
其中,潮汐是指海洋水位的周期性变化,潮流是指海水在大范围内的流动,波浪是指海水表面的起伏波动,海流是指海洋中的水流。
3.河流湍流参数
河流湍流是指在河流中发生的湍流现象。
河流湍流的主要参数包括水流速度、水流流向、河流宽度等。
其中,水流速度是指河流中的水流速度,
水流流向是指河流中水流的流向,河流宽度是指河流的宽度。
三、湍流参数的测量和应用
湍流参数的测量是研究湍流的重要手段。
通过测量湍流参数,可以了解湍流的特性和流动规律,为湍流控制和应用提供数据支持。
湍流参数的应用领域广泛,包括航空航天、海洋工程、水利工程等。
FLUENT中湍流参数的定义

FLUENT 中湍流参数的定义2011-07-28 10:46:03| 分类:默认分类|举报|字号订阅流场的入口、出口和远场边界上,用户需要定义流场的湍流参数。
在FLUENT 中可以使用的湍流模型有很多种。
在使用各种湍流模型时,哪些变量需要设定,哪些不需要设定以及如何给定这些变量的具体数值,都是经常困扰用户的问题。
本小节只讨论在边界上设置均匀湍流参数的方法,湍流参数在边界上不是均匀分布的情况可以用型函数和UDF(用户自定义函数)来定义,具体方法请参见相关章节的叙述。
在大多数情况下,湍流是在入口后面一段距离经过转捩形成的,因此在边界上设置均匀湍流条件是一种可以接受的选择。
特别是在不知道湍流参量的分布规律时,在边界上采用均匀湍流条件可以简化模型的设置。
在设置边界条件时,首先应该定性地对流动进行分析,以便边界条件的设置不违背物理规律。
违背物理规律的参数设置往往导致错误的计算结果,甚至使计算发散而无法进行下去。
在Turbulence Specification Method (湍流定义方法)下拉列表中,可以简单地用一个常数来定义湍流参数,即通过给定湍流强度、湍流粘度比、水力直径或湍流特征长在边界上的值来定义流场边界上的湍流。
下面具体讨论这些湍流参数的含义,以保证在设置模型时不出现违背流动规律的错误设置:(1)湍流强度(Turbulence Intensity)湍流强度I的定义为:I=Sqrt(u’*u’+v’*v’+w’*w’)/u_avg(8-1)上式中u',v' 和w' 是速度脉动量,u_avg是平均速度。
湍流强度小于1%时,可以认为湍流强度是比较低的,而在湍流强度大于10%时,则可以认为湍流强度是比较高的。
在来流为层流时,湍流强度可以用绕流物体的几何特征粗略地估算出来。
比如在模拟风洞试验的计算中,自由流的湍流强度可以用风洞的特征长度估计出来。
在现代的低湍流度风洞中,自由流的湍流强度通常低于0.05%。
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FLUENT 中湍流参数的定义2011-07-28 10:46:03| 分类:默认分类|举报|字号订阅流场的入口、出口和远场边界上,用户需要定义流场的湍流参数。
在FLUENT 中可以使用的湍流模型有很多种。
在使用各种湍流模型时,哪些变量需要设定,哪些不需要设定以及如何给定这些变量的具体数值,都是经常困扰用户的问题。
本小节只讨论在边界上设置均匀湍流参数的方法,湍流参数在边界上不是均匀分布的情况可以用型函数和UDF (用户自定义函数)来定义,具体方法请参见相关章节的叙述。
在大多数情况下,湍流是在入口后面一段距离经过转捩形成的,因此在边界上设置均匀湍流条件是一种可以接受的选择。
特别是在不知道湍流参量的分布规律时,在边界上采用均匀湍流条件可以简化模型的设置。
在设置边界条件时,首先应该定性地对流动进行分析,以便边界条件的设置不违背物理规律。
违背物理规律的参数设置往往导致错误的计算结果,甚至使计算发散而无法进行下去。
在Turbulence Specification Method (湍流定义方法)下拉列表中,可以简单地用一个常数来定义湍流参数,即通过给定湍流强度、湍流粘度比、水力直径或湍流特征长在边界上的值来定义流场边界上的湍流。
下面具体讨论这些湍流参数的含义,以保证在设置模型时不出现违背流动规律的错误设置:(1)湍流强度(Turbulence Intensity)湍流强度I的定义为:I=Sqrt(u’*u’+v’*v’+w’*w’)/u_avg(8-1)上式中u',v' 和w' 是速度脉动量,u_avg是平均速度。
湍流强度小于1%时,可以认为湍流强度是比较低的,而在湍流强度大于10%时,则可以认为湍流强度是比较高的。
在来流为层流时,湍流强度可以用绕流物体的几何特征粗略地估算出来。
比如在模拟风洞试验的计算中,自由流的湍流强度可以用风洞的特征长度估计出来。
在现代的低湍流度风洞中,自由流的湍流强度通常低于%。
fluent学习重点

fluent全攻略:7.2 湍流模型8.2.2 定义湍流参数,计算湍流参数8.3 压强入口边界条件8.4 速度入口边界条件8.19很重要,涉及到理论方程的公式,需要仔细研究。
8.8 压强出口边界条件8.10 出流边界条件8.17 流体条件(fluid各个参数设置)9.7.1 Fick扩散定律(1)在动量方程中增加一个动量源项可以模拟多孔介质的作用。
多孔介质模型就是在动量方程中增加了一个代表动量消耗的源项。
源项由两部分组成:一个粘性损失项,即方程(8-45)右端第一项;和一个惯性损失项,即方程(8-45)右端第二项:(2)多孔介质对能量方程的影响体现在对对流项和时间导数项的修正上。
在多孔介质对对流项的计算中采用了有效对流函数,在时间导数项中则计入了固体区域对多孔介质的热惯性效应:(3)在缺省情况下,FLUENT 在多孔介质计算中通过求解标准守恒型方程计算湍流变量。
在计算过程中,通常假设固体介质对湍流的生成和耗散没有影响。
在多孔介质的渗透率很大,因而介质的几何尺度对湍流涡结构没有影响时,这个假设是合理的。
(2)用Ergun 方程计算充填床的多孔介质参数。
作为第二个例子,可以研究一下充填床问题。
在湍流中,充填床的数学模型是用穿透率和惯性损失系数来定义的。
计算相关常数的一种办法是使用半经验公式Ergun 方程,这个方程适用的雷诺数范围很广,同时也使用于多种填充物:13. 在多孔区域中取消湍流计算在Fluid(流体)面板中,开启Laminar Zone(层流区)选项,就可以将湍流粘度设为零,从而使相关区域中的流动保持层流状态。
能够反映多孔介质流动特点的参数是速度和压强。
14. 因为直接求解NS 方程非常困难,所以通常用两种办法对湍流进行模拟,即对NS 方程进行雷诺平均和滤波处理。
这两种方法都会增加新的未知量,因此需要相应增加控制方程的数量,以便保证未知数的数量与方程数量相同,达到封闭方程组的目的。
雷诺平均NS 方程是流场平均变量的控制方程,其相关的模拟理论被称为湍流模式理论。
湍流的理论与分析
湍流的理论与分析湍流是一种复杂的流动形式,并且广泛存在于自然界和工程实践中。
对湍流的理论研究和分析不仅有助于深入理解流体现象,还可以为湍流控制和能源利用等方面提供支持。
本文将从湍流的定义、产生机理、湍流统计理论和湍流模拟等方面进行探讨。
一、湍流的定义湍流是指一种相对瞬态的流体运动状态,其中流体的速度和方向发生剧烈变化,造成流体的混合和扰动,呈现出随机不规则的涡动结构。
与层流(稳态流动)相比,湍流的运动特征更加复杂,无法用简单的数学公式描述。
湍流的主要特征为不规则、随机、涡动等。
二、湍流的产生机理湍流的产生机理复杂,其中包括传统的机械湍流、自然湍流、边界层失稳等多种因素。
机械湍流是由于固体物体运动时与周围介质相互作用产生的湍流现象,如风力机翼片和涡轮机叶片的湍流。
自然湍流是由于自然界中各种复杂流动引起的,如河流、海洋和大气的运动等。
边界层失稳是当涡旋从高速的流动区进入低速的流动区时产生的,例如水流从管道进入膨胀段时发生的湍流现象。
三、湍流统计理论湍流统计理论是对湍流运动规律的理论分析,是研究湍流基本性质和湍流现象的一种方法。
湍流统计理论中有两个重要的概念,一个是湍流的集成时间,另一个是湍流脉动,这两个概念分别给出了湍流时间与空间扰动中的统计特征。
其中湍流的集成时间是指机械能向湍流能转化和湍流能转化为机械能时所需的时间因子,而脉动是指在一个给定点的流动路径上,流体参数波动的相对不稳定性。
四、湍流模拟湍流模拟是一种基于数值计算的湍流研究方法,主要有两种方式:直接数值模拟(DNS)和大涡模拟(LES)。
直接数值模拟是对湍流运动的一种高精度的数值计算方法,它通过离散化流动中的微小物理尺度,运用数值方法以求解流场运动方程,得到高精度的湍流场数据。
但DNS需要的计算量庞大,计算成本高昂。
大涡模拟是在保留湍流中大尺度涡旋信息的同时,模拟和模拟所得的速度与涡旋脉动能谱于实验结果的吻合程度。
而LES所需要的计算量较之DNS低,同时保留的流场尺度也比DNS更大,能够得到更加直观的湍流现象展示。
流体力学中的湍流问题
流体力学中的湍流问题湍流是流体力学中的一个重要问题,在许多自然界和工程领域都有广泛的应用。
本文将从湍流的定义、发展过程、湍流的特征以及湍流模型等方面进行论述。
一、湍流的定义和发展过程湍流是指流体在运动过程中出现的无规则、混乱和不可预测的流动现象。
相对于层流而言,湍流表现出不规则的速度和压力变化,流体粒子的运动路径也显得复杂多样。
湍流的发展过程可分为三个阶段:诱导阶段、展开阶段和稳定阶段。
在诱导阶段,流体的初始扰动逐渐增强,而此时流动还是以层流为主。
随着初始扰动的逐渐增强,流动进入展开阶段,此时局部的层流区域出现湍流现象。
最终,湍流将在整个流场展开,并达到稳定阶段。
二、湍流的特征湍流具有以下几个主要特征:1. 高速度和低速度的不规则变化:湍流中,流体的速度在不同位置和不同时刻都具有不规则的变化。
高速区和低速区相互交替出现,形成流体动力学的混沌状态。
2. 纵向和横向不均匀性:湍流中,流体的速度在流动方向和流动平面上都具有不均匀性。
这种不均匀性导致流体粒子的运动路径难以预测,增加了湍流流动的复杂性。
3. 湍流能量的级联:湍流的能量级联是指湍流在不同尺度上的能量转换。
湍流中,大尺度的涡旋将能量输送给小尺度的涡旋,形成能量级联的过程。
这种级联机制是湍流动力学的重要特性之一。
三、湍流模型为了研究和预测湍流的行为,科学家和工程师开发了各种湍流模型。
湍流模型的目的是通过对湍流统计性质的描述来模拟和预测湍流的运动。
常见的湍流模型包括雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)模型、大涡模拟(LES)和直接数值模拟(DNS)等。
RANS模型通过对湍流平均量进行描述,将湍流问题转化为求解均匀流动的问题。
LES模型通过将流场分解为大尺度和小尺度的涡旋,对大尺度涡旋进行直接模拟,对小尺度涡旋使用模型进行参数化。
DNS模型则通过直接求解湍流的全部动力学方程来模拟湍流的行为,但由于计算量巨大,目前只适用于一些简单的湍流问题的研究。
8第八章湍流简介
利用前面推导建立的瞬时函数求时均时的性质,可建立雷诺方程为:
注意Leabharlann 是一个张量:称雷诺应力张量,反映的是湍流涡团所输运动量,可以证明是一个对称 张量,记 ,有 ,由于湍流涡团的尺度远比分子制度大,湍 流涡团脉动运动的尺度也远比分子运动自由程大。所以一般雷诺应力远 大于粘性应力。更为关键的是引入的雷诺应力是未知的,我们尚无法描 述,这样在雷诺方程组中就多出来了六个未知数,使的原来封闭的N-S方 程变的不封闭了。这也是百余年来湍流研究的困难所在。
一、湍流的连续方程
二、湍流的平均动量方程—雷诺方程
认为湍流特征时间的尺度远小于非定常过程的特征时间尺度,这样用 时均法同样可以描述湍流的非定常过程,而时间平均也是雷诺最早使用的 概念。
湍流的N-S方程可以写成(瞬时值流场):
由于
,所以不可压N-S方程可写成:
其中:
对N-S方程求时均:
结论:湍流雷诺应力大于粘性应 力,湍流阻力大于层流阻力。
由于涡的诱导作用,流向涡向下 游突出部分被抬起,被抬起部分 进入速度较高的区域,使这种扰 动进一步被放大,使涡丝出现峰 与谷的不同部分。在速度剖面上 形成一个拐点,造成剪切层的不 稳定。当上抬涡峰被进一步拉伸 时,很快会导致层流状态的崩溃。 这种崩溃首先是形成“湍斑”, 其周围被层流包围,产生后即被 携往下游。由于“湍斑”前部以 0.9U移动,后部以0.5U移动,致 使逐渐发展成剪头状并与原生点 成22.5°夹角。随着湍斑区域扩大 并互相合并,最终发展成完全湍 流状态。这一过程称为猝发。
湍流与分子运动论的比较
项目 1.基元数 2.基元数性质 3.基元数数目 4.特征长度 5.基元数速率 6.运动性质 7.边界影响 8.驰豫时间 分子运动论 分子 稳定,大小一定 常数 平均自由程,只随温压改变 平均速率只随温度变化,不 是空间位置的显函数 随机运动 分子形状与数目不随边界形 状改变 短,没有记忆 湍流 旋涡 大小不一定,不稳定 变数 混合长度,随边界形状改变 涨落速度随空间位置不同起 伏很大 有拟序结构 旋涡结构、形状和数目随边 界形状急剧改变 长,有记忆
fluent udf 湍流参数
fluent udf 湍流参数湍流参数是湍流模拟中的一个重要概念,它决定了模拟结果的准确性和可靠性。
在Fluent UDF中,我们可以通过定义和调整湍流参数来改善模拟结果,使其更符合实际情况。
本文将介绍几个常见的湍流参数,并探讨它们对模拟结果的影响。
一、湍流模型选择在Fluent UDF中,我们可以选择不同的湍流模型来描述流体中的湍流运动。
常见的湍流模型有k-ε模型、k-ω模型、SST模型等。
每种模型都有其适用的领域和局限性。
在选择湍流模型时,需要根据具体应用场景和模拟目标来进行选择。
二、湍流粘度湍流粘度是一个重要的湍流参数,它决定了流体中湍流运动的强度。
在Fluent UDF中,我们可以通过调整湍流粘度来改变湍流模拟的结果。
一般情况下,湍流粘度越大,湍流运动越强烈;湍流粘度越小,湍流运动越弱。
三、湍流能量和湍流耗散率湍流能量和湍流耗散率是描述湍流运动特征的两个重要参数。
在Fluent UDF中,我们可以通过调整湍流能量和湍流耗散率来改变湍流模拟的结果。
湍流能量越大,湍流运动越强烈;湍流耗散率越大,湍流运动越剧烈。
四、湍流涡粘度比湍流涡粘度比是湍流模拟中的一个重要参数,它描述了湍流涡的扩散和耗散特性。
在Fluent UDF中,我们可以通过调整湍流涡粘度比来改变湍流模拟的结果。
湍流涡粘度比越大,湍流涡的扩散和耗散越强;湍流涡粘度比越小,湍流涡的扩散和耗散越弱。
五、湍流时间尺度湍流时间尺度是描述湍流运动时间特征的一个重要参数。
在Fluent UDF中,我们可以通过调整湍流时间尺度来改变湍流模拟的结果。
湍流时间尺度越小,湍流运动的时间特征越短暂;湍流时间尺度越大,湍流运动的时间特征越持久。
六、湍流强度湍流强度是描述湍流运动强度的一个重要参数。
在Fluent UDF中,我们可以通过调整湍流强度来改变湍流模拟的结果。
湍流强度越大,湍流运动越强烈;湍流强度越小,湍流运动越弱。
七、湍流长度尺度湍流长度尺度是描述湍流涡的空间特征的一个重要参数。
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FLUENT6.1全攻略6定压强跳跃、流动方向、环境总压和总温。
(9)出口通风条件:在出口处给定损失系数、流动方向、环境总压和总温。
(10)排气风扇条件:在假设出口处存在排气风扇的情况下,给定出口处的压强跳跃和静压。
8.2.2 定义湍流参数在流场的入口、出口和远场边界上,用户需要定义流场的湍流参数。
在FLUENT 中可以使用的湍流模型有很多种。
在使用各种湍流模型时,哪些变量需要设定,哪些不需要设定以及如何给定这些变量的具体数值,都是经常困扰用户的问题。
本小节只讨论在边界上设置均匀湍流参数的方法,湍流参数在边界上不是均匀分布的情况可以用型函数和UDF (用户自定义函数)来定义,具体方法请参见相关章节的叙述。
在大多数情况下,湍流是在入口后面一段距离经过转捩形成的,因此在边界上设置均匀湍流条件是一种可以接受的选择。
特别是在不知道湍流参量的分布规律时,在边界上采用均匀湍流条件可以简化模型的设置。
在设置边界条件时,首先应该定性地对流动进行分析,以便边界条件的设置不违背物理规律。
违背物理规律的参数设置往往导致错误的计算结果,甚至使计算发散而无法进行下去。
在Turbulence Specification Method (湍流定义方法)下拉列表中,可以简单地用一个常数来定义湍流参数,即通过给定湍流强度、湍流粘度比、水力直径或湍流特征长在边界上的值来定义流场边界上的湍流。
下面具体讨论这些湍流参数的含义,以保证在设置模型时不出现违背流动规律的错误设置:(1)湍流强度(Turbulence Intensity )湍流强度I 的定义如下:avgu w v u I 222'''++= (8-1) 上式中'u 、'v 和'w 是速度脉动量,avg u 是平均速度。
湍流强度小于1%时,可以认为湍流强度是比较低的,而在湍流强度大于10%时,则可以认为湍流强度是比较高的。
在来流为层流时,湍流强度可以用绕流物体的几何特征粗略地估算出来。
比如在模拟风洞试验的计算中,自由流的湍流强度可以用风洞的特征长度估计出来。
在现代的低湍流度风洞中,自由流的湍流强度通常低于0.05%。
内流问题进口处的湍流强度取决于上游流动状态。
如果上游是没有充分发展的未受扰流动,则进口处可以使用低湍流强度。
如果上游是充分发展的湍流,则进口处湍流强度可以达到几个百分点。
如果管道中的流动是充分发展的湍流,则湍流强度可以用公式(8-2)计算得到,这个公式是从管流经验公式得到的:FLUENT6.1全攻略7()81Re 16.0'−=≡H D avg u u I (8-2)式中下标H D 是Hydraulic Diameter (水力直径)的意思,即(8-2)式中的雷诺数是以水力直径为特征长度求出的。
(2)湍流的长度尺度与水力直径湍流能量主要集中在大涡结构中,而湍流长度尺度l 则是与大涡结构相关的物理量。
在充分发展的管流中,因为漩涡尺度不可能大于管道直径,所以l 是受到管道尺寸制约的几何量。
湍流长度尺度l 与管道物理尺寸L 关系可以表示为:L l 07.0= (8-3)式中的比例因子0.07是充分发展管流中混合长的最大值,而L 则是管道直径。
在管道截面不是圆形时,L 可以取为管道的水力直径。
湍流的特征长取决于对湍流发展具有决定性影响的几何尺度。
在上面的讨论中,管道直径是决定湍流发展过程的唯一长度量。
如果在流动中还存在其他对流动影响更大的物体,比如在管道中存在一个障碍物,而障碍物对湍流的发生和发展过程起着重要的干扰作用。
在这种情况下,湍流特征长就应该取为障碍物的特征长度。
从上面的分析可知,虽然(8-3)式对于大多数管道流动是适用的,但并不是普遍适用的,在某些情况下可以进行调整。
在FLUENT 中选择特征长L 或湍流长度尺度l 的方法如下:1)对于充分发展的内流,可以用Intensity and Hydraulic Diameter (湍流强度与水力直径)方法定义湍流,其中湍流特征长度就是Hydraulic Diameter (水力直径)H D 。
2)对于导向叶片或分流板下游的流场,可以用Intensity and Hydraulic Diameter (湍流强度与水力直径)定义湍流,并在Hydrauli Diameter (水力直径)中将导向叶片或分流板的开口部分的长度L 定义为特征长度。
3)如果进口处的流动为受到壁面限制且带有湍流边界层的流动,可以在Intensity andLength Scale 面板中用边界层厚度99δ通过公式994.0δ=l 计算得到湍流长度尺度l 。
最后在Turbulence Length Scale (湍流长度尺度)中输入l 的值。
(2)湍流粘度比湍流粘度比μμ/t 与湍流雷诺数t Re 成正比。
湍流雷诺数的定义为:ευ2Re k t = (8-4)t Re 在高雷诺数边界层、剪切层和充分发展的管道流动中的数值较大,其量级大约在FLUENT6.1全攻略8100到1000之间。
而在大多数外部流动的自由流边界上,μμ/t 的值很小。
在典型情况下,μμ/t 的值在1到10之间。
用湍流粘度比定义流动时,可以使用Turbulent viscosity Ratio (湍流粘度比)或Intensity and Viscosity Ratio (湍流强度和粘度比)进行定义。
前者适用于Spalart-Allmaras 模型,后者适用于ε−k 模型、ω−k 模型和RSM 模型。
(3)推导湍流变量时采用的关系式为了从前面讲到的湍流强度I 、湍流长度尺度L 和湍流粘度比μμ/t 求出其他湍流变量,必须采用几个经验关系式。
在FLUENT 中使用的经验关系式主要包括下面几种:1)从湍流强度和长度尺度求出修正的湍流粘度在使用Spalart-Allmaras 模型时,可以用湍流强度I 和长度尺度l 求出修正的湍流粘度υ~,具体公式如下: l I u avg 23~=υ (8-5) 在使用FLUENT 时,如果在Spalart-Allmaras 模型中选择Intensity and Hydraulic Diameter (湍流强度与水力直径)选项,则修正的湍流粘度就用这个公式求出。
其中的长度尺度l 则用式(8-3)求出。
2)用湍流强度求出湍流动能湍流动能k 与湍流强度I 的关系如下:()223I u k avg = (8-6) 式中avg u 为平均流速。
如果在使用FLUENT 时没有直接输入湍流动能k 和湍流耗散率ε的值,则可以使用Intensity and Hydraulic Diameter (湍流强度与水力直径)、Intensity and Length Scale (湍流强度与长度尺度)或Intensity and Viscosity Ratio (湍流强度与粘度比)等方法确定湍流动能,而确定的办法就是使用公式(8-6)。
3)用长度尺度求出湍流耗散率长度尺度l 与湍流耗散率之间的关系为:lk C 2/34/3με= (8-7) 式中μC 为湍流模型中的一个经验常数,其值约等于0.09。
在没有直接输入湍流动能k 和湍流耗散率ε的情况下,可以用Intensity and HydraulicFLUENT6.1全攻略9Diameter (湍流强度与水力直径)或Intensity and Length Scale (湍流强度与长度尺度)等办法,利用上述公式确定湍流耗散率ε。
4)用湍流粘度比求出湍流耗散率湍流耗散率ε与湍流粘度比μμ/t 和湍流动能k 的关系如下:12−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=μμμρεμt k C (8-8) 式中μC 为湍流模型中的一个经验常数,其值约等于0.09。
在没有直接输入湍流动能k 和湍流耗散率ε的情况下,可以用Intensity and Viscosity Ratio (湍流强度与粘度比)定义湍流变量,实际上就是利用上述公式算出湍流耗散率ε。
5)湍流衰减过程中湍流耗散率的计算如果计算风洞阻尼网下游试验段中的流场,可以用下式求出湍流耗散率ε:∞∞Δ≈L kU ε (8-9) 式中k Δ是湍流动能k 的衰减量,比如可以设为入口处k 值的10%,∞U 是自由流速度,∞L 是自由流区域的长度。
(8-9)式是对高雷诺数各向同性湍流衰减指数律的线性近似,其理论基础是衰减湍流中湍流动能k 的方程:ε−=∂∂xk U (8-10) 如果用这种方法计算ε,还需要用(8-8)式检验计算结果,以保证湍流粘度比μμ/t 不过大。
虽然这种方法在FLUENT 中没有使用,但是可以用这种方法估算出自由流中的湍流耗散率ε,然后再用(8-6)式确定k ,最后在Turbulence Specification Method (湍流定义方法)下拉列表中选择K and Epsilon (k 和ε)并k 和ε的计算结果输入到相应的栏目中。
6)用长度尺度计算比耗散率如果知道湍流长度尺度l ,可以用下式确定ω:lC k 25.05.0μω= (8-11) 式中μC 和长度尺度l 的取法与前面段落中所述相同。
在使用Intensity and Hydraulic Diameter (湍流强度与水力直径)或Intensity and Length Scale (湍流强度与长度尺度)定FLUENT6.1全攻略10义湍流时,FLUENT 用的就是这种方法。
7)用湍流粘度比计算比耗散率ω的值还可以用μμ/t 和k 通过下式计算得出:1−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=μμμρωt k (8-12) 在使用Intensity and Viscosity Ratio (湍流强度与粘度比)方法定义湍流时,FLUENT 就是使用上述关系式对湍流进行定义的。
8)用湍流动能定义雷诺应力分量在使用RSM (雷诺应力模型)时,如果用户没有在Reynolds-Stess Specification Method (雷诺应力定义方法)的Reynolds-Stress Components (雷诺应力分量)选项中直接定义雷诺应力的值,则雷诺应力的值将由给定的k 值计算得出。
假定湍流是各向同性的,即:0''=j i u u (8-13)且:k u u 32''=αα (不对α隐含求和) (8-14) 如果用户在Reynolds-Stress Specification Method (雷诺应力定义方法)下拉列表中选择K or Turbulence Intensity (k 或湍流强度)时,FLUENT 就用这种方法定义湍流。
(4)在大涡模拟方法(LES )中定义进口湍流在使用速度进口条件时,可以将湍流强度作为对LES 进口速度场的扰动定义在边界条件中。